王朝阳|郭波|拉斐尔·穆尼奥斯-卡佩纳|王登军
佛罗里达大学农业与生物工程系，美国佛罗里达州盖恩斯维尔32611
**摘要**
全氟和多氟烷基物质（PFAS）已在环境中广泛存在，包括地下水和非饱和带。因此，开发用于修复地下水和非饱和带中PFAS的技术变得十分紧迫，尤其是原位修复技术。胶体活性炭（CAC）作为一种成本效益高的吸附剂，显示出在原位固定地下水和非饱和带中PFAS的潜力。本综述提供了关于利用CAC技术原位修复受PFAS污染的地下水和非饱和带的最新知识，重点关注技术的可行性、有效性、效率、使用寿命以及影响技术性能的环境因素。本文讨论了CAC对各种长链和短链PFAS的吸附机制，以评估技术的有效性和效率。通过数学建模和现场观察，大量工作致力于评估和预测基于CAC的屏障处理地下水中PFAS羽流的持久性。阐明了非均匀分布、迁移和CAC潜在损失如何影响屏障连续性和PFAS渗透的关键因素。非饱和带中的独特过程，如动态湿润-干燥循环、空气-水界面分配和氧化-还原过渡带，可能会显著影响CAC的吸附和迁移能力，这突显了进行系统研究和长期监测的迫切需求。本文还指出了未来利用CAC技术原位修复受PFAS污染的地下水和非饱和带的研究方向和挑战，为全球应对PFAS污染的努力做出了贡献。
**引言**
全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一类新兴污染物，包含超过15,000种人造化学物质[1]。这些化学物质的共同结构特征是疏水的全氟碳骨架（即碳链）和亲水头部基团（图1）[2]。由于其稳定的热学和化学性质，PFAS在工业和商业领域有广泛的应用，如不粘锅、水成膜泡沫（AFFFs）、食品包装和半导体材料[3]。然而，PFAS产品的广泛使用和未经监管的处理导致其在环境中普遍存在[2][4][5][6]。例如，美国地质调查局（USGS）最近的一项研究表明，佛罗里达州的比斯坎主要含水层中地下水的PFAS总浓度最高（24种PFAS），达到29 ng/L[6]。鉴于PFAS的环境持久性、毒性和生物累积性[7]，大量研究表明，即使在非常低的浓度（ng/L水平）下，PFAS暴露也与不良健康后果（如癌症和肝脏损伤）有关[8]。因此，2024年4月，美国环境保护署（EPA）[9]建议饮用水中的PFAS理想浓度应为零（例如PFOA和PFOS；图1）。
除了显著的环境持久性外，PFAS污染还具有高度可变的迁移性，特别是在地下水污染背景下[10]。这是因为PFAS通过非饱和带的迁移是地下水PFAS污染的主要来源之一[11]。初始释放后，高迁移性的PFAS物种可以通过渗透迅速进入地下水[2]。相比之下，迁移性较低的PFAS可能在土壤中停留更长时间，但仍可能缓慢迁移或发生转化，生成具有更高迁移性的转化中间体和最终产物，从而在数年甚至数十年内持续引发二次污染羽流[12][13]。非饱和带中的这些独特而复杂的过程引发了人们对PFAS排放对人类健康的重大担忧，因为地下水是美国主要的饮用水来源之一[14]。
**过去几年的努力**
过去几年，人们投入了大量努力开发和测试可以修复水和土壤（包括地下水和非饱和带）中PFAS的技术。然而，只有少数技术被证明能够成功实现原位修复PFAS。在这些技术中，胶体活性炭（CAC）成为少数几种显示出在原位修复受PFAS污染的地下水和非饱和带方面具有潜力的吸附剂之一。因此，本综述旨在提供关于利用CAC技术原位修复受PFAS污染的地下水和非饱和带的最新知识。文献回顾显示，大多数关于基于CAC的技术的研究都是针对地下水修复的，只有少数研究关注非饱和带。尽管如此，从地下水相关文献中获得的一些发现（即使不是全部）也适用于指导非饱和带的原位修复。因此，本综述还详细介绍了基于CAC的技术在修复受PFAS污染的非饱和带方面的最新进展，特别是考虑到非饱和带中发生的独特过程和途径所带来的问题和挑战。
**综述结构**
为了使综述结构清晰，我们首先简要概述了各种PFAS修复技术（第2节），然后介绍了专门记录基于CAC的原位修复方法的关键参考文献（第3节）。随后，详细讨论了基于CAC的地下水（第4节）和非饱和带（第5节）原位修复技术。我们仔细阐述了关键因素，如PFAS的性质、CAC的特性、地下水地球化学、水文变异性、竞争性吸附和数学建模，以评估和预测基于CAC的技术在修复受PFAS污染的地下水和非饱和带方面的性能（可行性、有效性、效率和使用寿命）。最后，我们指出了利用基于CAC的技术原位修复受PFAS污染的地下水和非饱和带的未来研究方向和挑战（第6节），为全球应对PFAS污染的努力做出了贡献。
**据我们所知，这是第一篇专门针对地下水和非饱和带系统中基于CAC的原位修复PFAS的综述，而不是传统的异地PFAS吸附技术。与以往广泛总结修复技术的综述不同，本综述通过整合以下内容提供了对基于CAC的修复技术的深入分析和批判性综合：（i）现场规模应用和技术成熟度；（ii）在地下条件下的PFAS吸附、迁移和竞争性相互作用的机制理解；（iii）预测CAC屏障持久性的数学建模方法；（iv）可能显著影响CAC性能的非饱和带中的独特水文-生物地球化学过程，包括湿润-干燥循环（WDCs）、空气-水界面（AWI）分配和氧化-还原过渡带（OATZs）。本综述还指出了与CAC分布、长期稳定性、穿透行为和现场特定性能预测相关的关键知识空白和未来研究方向，为利用基于CAC的原位修复技术在全球范围内修复地下水和非饱和带中的PFAS污染做出了贡献。**
**部分摘录**
**PFAS修复技术概述**
已经开发出多种技术来处理受PFAS污染的介质，包括水和土壤[13][15][16][17]。这些处理技术[13]通常可以分为：（1）非破坏性技术，这些技术将PFAS从环境介质中分离出来而不破坏其分子结构（例如，通过吸附剂吸附PFAS）；（2）破坏性技术，这些技术将PFAS中的碳-氟（C–F）和碳-碳（C–C）键分解为危害较小或无害的物质。
**文献搜索和回顾方法**
2026年5月24日，通过Web of Science Core Collection数据库使用关键词组合“colloidal activated carbon”和“PFAS”在所有可搜索字段中初步筛选出与PFAS修复相关的文献，共得到30条记录。为了全面覆盖这一快速发展的领域，进一步通过反向和正向引用跟踪以及针对关键文献的搜索，确定了更多相关出版物。
**基于CAC的地下水原位PFAS修复**
修复地下水中的PFAS是一项具有挑战性的任务。抽水处理是一种常见的异地修复技术，其中受污染的水通过井从地下抽出，然后输送到地面处理系统以去除各种污染物，包括PFAS和其他污染物，如氯化溶剂、金属、燃料油和挥发性有机化合物（VOCs）。然而，抽水处理技术往往成本较高，尤其是在处理大量PFAS时。
**基于CAC的非饱和带原位PFAS修复**
在非饱和带中应用CAC进行原位修复时，需要仔细考虑其迁移性、抗渗漏性和长期吸附稳定性。如上所述，非饱和带是与原位地下水修复相关的主要PFAS来源之一，因为非饱和带中的PFAS可以向下渗入CAC屏障。在积累数十年后，许多受AFFF影响的地点的非饱和带成为PFAS的储存库。
**结论和未来研究方向**
作为迄今为止唯一实施的用于PFAS的原位地下水修复技术，CAC基于传统活性炭成熟且高度稳定的生产过程，并结合了胶体材料的独特工程优势。CAC的小颗粒尺寸提供了较大的比表面积和丰富的孔结构，同时实现了可注入性和对异质地下条件的良好适应性。
**环境影响**
胶体活性炭（CAC）作为一种胶体形式的活性炭，最近被证明是一种成本效益高且高效的吸附剂，具有在地下水和非饱和带环境中原位固定全氟和多氟烷基物质（PFAS）的强大潜力。本综述首次全面评估了利用CAC技术原位修复受PFAS污染的地下水和非饱和带的最新技术。
**作者贡献声明**
郭波：撰写——审阅与编辑、概念化。
拉斐尔·穆尼奥斯-卡佩纳：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、资金获取、概念化。
王朝阳：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、方法论、调查、数据分析、数据管理。
王登军：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、监督、资源管理、项目协调、资金获取、概念化。
**利益冲突声明**
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
**致谢**
我们感谢与乔治华盛顿大学的刘西同博士和Geosyntec咨询公司的范迪明博士就这一新兴话题进行的富有成果的讨论。D.W.感谢国防部（DoD）战略环境研究与发展计划（SERDP）ER23-3620和ER22-3150项目、美国环境保护署（EPA）的P3项目（编号SU840873）以及美国农业部（USDA）国家食品与农业研究所（NIFA）的支持。
